뇌연구원, AI-생체정보 활용 치매초기 분자기전 예측 성공
뇌연구원, AI-생체정보 활용 치매초기 분자기전 예측 성공
  • 조재민 기자
  • 승인 2020.08.04 14:45
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아밀로이드 베타 증가 콜레스테롤 합성을 유도 확인
벌크 조직 RNA데이터에 GAN 적용 전략 모식도
벌크 조직 RNA데이터에 GAN 적용 전략 모식도

한국뇌연구원 천무경 박사의 치매연구그룹은 뇌의 아밀로이드 베타 증가가 콜레스테롤 합성을 유도한다는 사실을 확인했다고 4일 밝혔다.

천 박사 연구팀은 인공지능(AI)을 활용한 생체정보(오믹스) 데이터 분석을 통해 이 같은 사실을 밝혔다는 설명이다. 

아밀로이드 베타는 치매 원인 단백질로 알려져 있다. 정상인 뇌 속에서 과도하게 많아지면 미세아교세포 등에 의해 제거된다. 

콜레스테롤은 세포막을 구성하고 막의 유동성을 조절하며, 체내 항상성 유지를 위해 혈액 내 일정 수준으로 유지돼야 한다. 정상적 과정 미 진행시 체내에 병리적 이상이 발생한다. 

연구팀은 알츠하이머 질환이 유발된 쥐의 대뇌피질 조직 데이터를 GAN (Generative Adversarial Networks, 생성적 적대 연결망)이라는 인공지능으로 분석했다. 

GAN은 생성자(Generator)와 구분자(Discriminator) 간 경쟁을 통해 데이터를 생성하고 학습해 실제에 가까운 가짜를 만들어내는 알고리즘이다. 

연구팀은 GAN을 이용해 정상 마우스에서 치매 유전자 발현을 시뮬레이션하고, 정상형(Wild-type)에서 치매 단계로 진행될 때 유전자 발현의 변화과정을 관찰했다. 

분석 결과 아밀로이드 베타가 증가하면서 콜레스테롤 합성을 초기에 유도한다는 사실을 발견했다. 또 인간 사후 뇌 조직에서도 관련성을 확인했다.

아밀로이드 베타의 증가가 콜레스테롤 합성의 시그널 역할을 하며, 두 과정이 상호작용하면서 시냅스 형성 및 시냅스 가소성에 관여할 수 있는 가능성을 의미한다는 설명이다. 

더불어 이 같은 방법이 지속적으로 확대될 경우 오믹스 데이터 축적 시 샘플 획득에 시간이 많이 소요되던 기존 뇌질환 및 노화 관련 분석의 한계를 극복할 수 있을 것이라는 기대다. 

천 박사는 "이번 연구는 RNA 전사체 분석에 AI를 융합하는 독특한 연구기법을 사용한 것"이라며 "연구자들에게 보다 체계화된 해석 및 실험을 위한 디자인을 제공하고, 의료 산업계에는 질병 초기에 일어나는 생체 내 변화를 예측하는 새로운 접근법을 제시했다는 데 의의가 있다"고 했다.

<논문> Park J, Kim H, Kim J, Cheon M. A practical application of generative adversarial networks for RNA-seq analysis to predict the molecular progress of Alzheimer's disease [published online ahead of print, 2020 Jul 24]. PLoS Comput Biol. 2020;16(7):e1008099. doi:10.1371/journal.pcbi.1008099



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